TWM346985U

Method and system for pulse frequency modulated switching mode power supplies

Abstract

The present invention discloses a pulse frequency modulation controller for controlling a switching power supply, comprising: an output terminal, providing a control signal to turn on or off the current in the switched power supply to stabilize the output of the switched power supply; the first input end And for receiving a feedback signal related to an output of the switched power supply, the feedback signal is represented as a ringing waveform when the current in the switched power supply is turned off; and the second input is configured to receive a current related to the current in the switched power supply. And a control circuit for providing a control signal in response to the feedback signal, the control signal being used to turn on the current when the feedback signal is located in a valley of the feedback signal ringing waveform. The novel scheme adjusts the timing of the control pulse for turning on the transistor, and reduces the conversion power consumption of the power supply. In addition, by adjusting the timing of the control pulses to align them with the valleys of the ringing waveform, additional frequency jitter is introduced into the power supply to suppress electromagnetic interference.

TWM346985U, drawing sheet 1
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18 claims: 4 independent, 14 dependent

  1. 1
    A pulse frequency modulation (PFM) controller for controlling a switched power supply, characterized in that the controller comprises:an output terminal for providing a control signal to turn on or off the current in the switched power supply to regulate the switching mode An output of the power supply;a first input terminal for receiving a feedback signal associated with an output of the switched power supply, the feedback signal being a ringing waveform when the current of the switched power supply is turned off;and a second input terminal Receiving a voltage signal related to a current in the switched-mode power supply;and a control circuit for providing a control signal in response to the feedback signal, wherein the control signal is used in the feedback signal to be located at a feedback signal ringing waveform The current is turned on when the trough is turned. M346985 九、申請專利範圍: 卜一種脈衝頻率調變(PFM)控制器,用於控制 該控制器包括·· 、工電源,其特徵在於 一輸出端,提供一控制信號以開啟或者關閉切 以穩壓切換式電源的輸出; 、$ 、源中的電流, :第-輸人端,用於接收與切換式電源的輪出_ 述回授信號在切換式電源的電流酬時表現為振铃波形.机就所 以及-第二輸人端,麟接收與切換式電財的電流綱的龍信號; 一控制電路,用於提供一控制信號回應於所述之回授作 信號用於在該回授信號位於回授信號振鈴波形的波谷時^工制 利範圍第1項所述的脈衝頻率調變控制器,其特徵在於:述控制 -驅動H電路,搞合到所述輸出端以提供控制信號,所述驅動 =有第-狀態和第二狀態,其中在該第—狀態中該㈣器電路提供^ 制h虎以開啟所述切換式電源中的電流,而在該第二狀態中該驅動器ς 路φζ供控制信號以關閉所述切換式電源中的電流; -第-電路,搞合酬述第—輸人端以接收回授錢,所述第 路用於響應於該回授信號提供第一信號; 电 -第二電路,_合到所述第—電路和驅動器電路,所述第二電路用 於響應於該第-錢在所述回授錢處於振鈴波形的波谷時提供第二信 號將|區動器電路設置到第一狀態;以及 -第二電路’用於提供第三信號以設置該驅動器電路至第二狀態。 3·如申睛專利細第2項所述的脈衝頻率調變控制器,其特徵在於所述驅動 器電路包括Τ觸發器和暫存器,τ觸發器的時脈輸入用於接收第二信號, τ觸發器的重置輸入用於接收所述第三信號。 4·如申凊專利範圍帛2項戶斤述的脈衝頻率調變控制器 ,其特徵在於所述第二 電路包括: 一比較器’將所述回授信號和第一基準信號相比較,所述回授信號 21 M346985 的振鈴波形具有第—振盪頻率; -振盤器’回應於比較器的輸出信號提供_ =:佔空週期和第二振瓣,其中該第二心 5· tit範圍第4項所述的脈衝頻率調變控制器,其特徵在於所述第二 一丁觸發器,耦合至所述比較器和振盪器; 第一D觸發器,耦合至所述振盪器和所述T觸發器;以及 一種脈衝頻率調變(PFM)控制器,用於控制切換式電源,其特徵在於該控制器包括:一輸出端,提供一控制信號以開啟或者關閉切換式電源中的電流,以穩壓切換式電源的輸出;一第一輸入端,用於接收與切換式電源的輸出相關的回授信號,所述回授信號在切換式電源的電流關閉時表現為振鈴波形;一第二輸入端,用於接收與切換式電源中的電流相關的電壓信號;以及一控制電路,用於提供一控制信號回應於所述之回授信號,該控制信號用於在該回授信號位於回授信號振鈴波形的波谷時開啟電流。 於接觸發器,給至所述第—D觸發11,所述第二D觸發器用 信號並回應於所述第—D觸發器的輸出提供帛二信號。 .上專利乾圍第1項所述的脈衝頻率調變控制器,其特徵在於該脈衝頻 率调變控制器係整合為一積體電路。 7.i脈衝_調變(PFM)控制器,用於控制切換式電源,其特徵在於所 述脈衝頻率調·具紐機鮮抖動,所述脈衝頻率調變控制器搞 合至功率電晶體以穩壓控制切換式電源的輸出,該脈衝頻率調變控制器 包括: ° 用於在功率電晶體的振鈴振盈電壓波形的波谷開啟功率電晶體的 裝置以在負载和線電壓條件保持不變時隨機改變功率電晶體頻 率。 8.如申請專利範圍第7項所述的脈衝頻率調變控制器,其中該脈衝 變 控制器更包括: 一比較器,該比較器偵測該回授訊號是否已自高於一第一基準電壓 變化為低於該第一基準電遷;以及 一振盪器,該振盪器耦合到該比較器,每一振盪週期具有5〇%的佔 空週期從低到高振盪,並鎌盛器之振盪頻率為該回授訊號諧振振铃頻 率的兩倍,其中該振盪器產生之振盪器輸出信號的上升前緣被用於識別 回授訊號諧振振鈴電壓波形的波谷。 9·如申請專利範圍第8項所述的脈衝頻率調變控制器,其中該脈衝頻率調變 控制器更包括: ' ° 22 M346985 - τ觸發^ ’具有—設置輸人端SET耦合至該比較㈣ 及-a械輸人凝接至振魅的反向触健; ^ -第-D觸發器’具有—重置輸人端連接到比較器的輸出端、一次 ==T觸發器的輸出端,以及一時脈輸入端連接至咖: a rfrD觸發器,具有—重置輸入端取得一開始重置信號、一時脈 鮮顺—D觸發11的輸㈣,贱—:麟輸人棘得該脈衝頻 率調龍彻所產生之-㈣信號,其帽第二叫發器的輸㈣2 授#唬谐振振鈴電壓波形之波谷時提供一開啟觸發信號。 10·—種用於脈衝頻率調變控制器的信號處理電路,包括: -第-輸人端’麟接收—第—輸人訊號,該第—輸人訊號表現為 具有已知的振蘯頻率的波峰和波谷的波形; -第二輸入端’用於接收一第二輸入訊號,該第二輸入訊號以第一 狀態和第二狀態之間的轉換作為特徵;以及 一輸出端,用於提供一輸出訊號; 其中該信號處理電路令該輸出信號回應於第二輸入信號的切換在 第三狀態和第四狀態之間切換,切換的時機基本是該第一輸入訊號的波 峰或者波谷。 11·如申請專利範圍第10酬述的用於脈衝頻率調變控制器的信號處理電 路,其中該信號處理電路更包括: -比較器用於比較該第-輸入訊號與一第—基準訊號,該第一輸入 訊號的振盪波形之頻率為該一第一振盪頻率; 、-振盪器’用於提供-振舰號以對應該比較器之—輸出訊號,該 振盪訊號之佔空比為50〇/〇,且該振覆訊號提供頻率為該第一振盡頻率兩 倍之一第二振盪頻率。 12·如申請專繼圍第U項所述_於脈衝頻率調變控㈣的信號處理電 路,其中該信號處理電路更包括: 一T觸發器耦合到該比較器與該振盪器; 一第一D觸發器耦合到該振盪器與該丁觸發器;以及 23 M346985 一第二D觸發器耦合到該第一 d觸發器,該第二ο觸發器設定用 於接收該第二訊號以提供一輸出訊號以對應該第一 〇觸發器的輸出。 13·如申請專利範圍第η項所述的用於脈衝頻率調變控制器的信號處理電 路,其中該振盪器於該第一輸入訊號低於該第一基準訊號時開始振盪。 Μ·如申料纖目帛1〇項所频帛於脈細糊變控制器的信號處理電 路,其中該訊號處理電路更包括: 比車父器,比較器具有一反向輸入端、一正向輸入端以及一輸出 =,忒反向輸入端接收該第一輸入訊號,該正向輸入端連接一參考電 壓,該第一輸入訊號之振盪波形具有一第一振盪頻率; • 一振盪器,具有一輸入端以及一輸出端,該輸入端連接該比較器之 輸出端,_ 玉作之佔空比為5G%,並且具有兩倍於該第—振盈頻 率之第二振盪頻率; 、 -T觸發器’具有一時脈輸入端、一設置輸入端、一輸出端,該時 脈輸入合到-至振龍的輸出信號的反向信號,該^置輸入 至該比較器的輸出端; σ 山一第-D觸發器,具有一時脈輸入端、一資料登錄端、一重置輸入 端以及-輸出端,該資料登錄端轉合到該τ觸發器的輸出端,該重置輪 =端耗合到該比較器的輸出端,該時脈輸人端粞合到該振盈器的輸出 9 -第二D觸發器’具有_時脈輸人端、—資料登錄端、—重置輸入 ^及-輸出端’該時脈輸入端輕合到第一 D觸發器的輸出端 ^料登錄端接收該第二輸入訊號; 其中該第- D觸發器的輸出訊號基本上與輸入訊 :致,並且鱗二D觸發器的輪㈣號在該第—輸人訊號波型 產生由低到两的變化對應該第二輸入訊號的變化。 15.-種應用脈衝頻率調變控制器的切換式電源,其特徵在於 一電源; G祜· 組; 變壓器’具㈣合到所述電源駐級繞組和提供輸出的次級繞 24 M346985 =關,合到所述麵㈣主級繞組,所述開顧於接收控制 秸號以開啟或關閉主級繞組中的電流; 二回授電路’提供與切換式電源的輸出相關的回授信號,該回授 ^開_贿表現為振鈴波形,所述振鈴波形財第—振 率;以及 、f_脈細神調麵彻,瞒於_賴錢祕㈣信號給所 二汗所述控制#遽在回授信號處於振铃波形的波谷的時啟 述開關。 如申π專利細第15項所述的顧脈衝頻率調變控制器的切換式電 源,其特徵在於,所述脈衝頻率調變控制器包括: 〜-輸出端’提供控制信號關啟或者義切換式電源巾的電流,以 穩壓切換式電源的輸出; 、、:第-輸入端,用於接收與切換式電源的輸出相關的回授信號,所 述回授信號在切換式f源巾的電流關時表縣振鈴波形; 、-第二輸入端,用於接收與切換式電源中的電流相關的電壓信號; 以及 ’ 一控制電路,用於回應於所述回授信號提供控制信號,該控制信號 用於在該回授信號位於回授信號振鈴波形的波谷時開啟電流。 〜 17·如申料娜圍第I6項所述的細脈細率調變控㈣的切換式 源,其特徵在於,所述控制電路包括: -驅動器電路,耦合朗述輸出端以提供控輸號,所述驅動 路具有第-狀態和第二狀態,其中在該第一狀態中該驅動器電路提供控 制信號以開啟所述切換式電源中的電流,而在該第二狀態中該驅動器^ 路提供控制信號以關閉所述切換式電源中的電流; -第-電路’轉合到所述第_輸人端以接收回授信號,所述第 路用於響應於該回授信號提供第一信號; 一第二電路,耦合到所述第一電路和驅動器電路,所述第二電路 於響應於該第-信號在所述回授信號處於振鈴波形的波谷時提供第二 信號將驅動器電路設置到第一狀態;以及 ” 一 25 M346985 一第三電路,用於提供第三信號以設置該驅動器電路至第二狀態。 18·如申請專利範圍第17項所述的應用脈衝頻率調變控制器的切換式電 源,其特徵在於,所述驅動器電路包括: 一 τ觸發器和暫存器,τ觸發器的時脈輸入用於接收第二信號,τ 觸發器的重置輸入用於接收所述第三信號; 所述第二電路包括: 比車乂器將所述回授信號和第一基準信號相比較,所述回授信號的 振铃波形具有第一振盈頻率; 率的兩倍 T觸發器 振盡回應於比較器的輸出信號提供振盈信號,所述振盪信號具 佔工週期和第二振錢率,其中該第二振賴率為第-振徵i ^ ,私靖耻較ϋ和振盈器; 以及 ί - =1: ’耦合至所述振盪器和所述τ觸發器 於接收所述第合^所述第—D觸發器’所述第二D觸發器用 就並回應於所述第一 D觸發器的輸出提供第二信號。 26
  2. 7
    A pulse frequency modulation (PFM) controller for controlling a switched power supply, characterized in that the pulse frequency modulation controller has random frequency jitter, and the pulse frequency modulation controller is coupled to a power transistor for voltage regulation Controlling the output of the switched mode power supply, the pulse frequency modulation controller comprising:means for turning on the power transistor in the valley of the ringing oscillating voltage waveform of the power transistor to randomly change the power when the load and line voltage conditions remain unchanged The switching frequency of the transistor. 一種脈衝頻率調變(PFM)控制器,用於控制切換式電源,其特徵在於所述脈衝頻率調變控制器具有隨機頻率抖動,所述脈衝頻率調變控制器耦合至功率電晶體以穩壓控制切換式電源的輸出,該脈衝頻率調變控制器包括:用於在功率電晶體的振鈴振盪電壓波形的波谷開啟功率電晶體的裝置,以在負載和線電壓條件保持不變時隨機改變功率電晶體的開關頻率。
  3. 10
    A signal processing circuit for a pulse frequency modulation controller includes:a first input terminal for receiving a first input signal, the first input signal exhibiting a waveform having a peak and a valley of a known oscillation frequency a second input terminal for receiving a second input signal, wherein the second input signal is characterized by a transition between the first state and the second state;and an output terminal for providing an output signal;The signal processing circuit switches the output signal in response to the switching of the second input signal between the third state and the fourth state, the timing of the switching being substantially the peak or trough of the first input signal. 一種用於脈衝頻率調變控制器的信號處理電路,包括:一第一輸入端,用於接收一第一輸入訊號,該第一輸入訊號表現為具有已知的振盪頻率的波峰和波谷的波形;一第二輸入端,用於接收一第二輸入訊號,該第二輸入訊號以第一狀態和第二狀態之間的轉換作為特徵;以及一輸出端,用於提供一輸出訊號;其中該信號處理電路令該輸出信號回應於第二輸入信號的切換在第三狀態和第四狀態之間切換,切換的時機基本是該第一輸入訊號的波峰或者波谷。
  4. 15
    A switching power supply using a pulse frequency modulation controller, comprising:a power supply;a transformer having a primary winding coupled to the power supply and a secondary winding providing an output;a switch coupled to the a primary winding of the transformer, the switch for receiving a control signal to turn on or off the current in the primary winding;a feedback circuit providing a feedback signal associated with the output of the switched power supply, the feedback signal being turned off at the switch Presenting as a ringing waveform, the ringing waveform having a first oscillating frequency;and a pulse frequency modulation controller responsive to the feedback signal to provide a control signal to the switch, the control signal being ringing at a feedback signal The switch is turned on when the waveform is trough. 一種應用脈衝頻率調變控制器的切換式電源,其特徵在於,包括:一電源;一變壓器,具有耦合到所述電源的主級繞組和提供輸出的次級繞組;一開關,耦合到所述變壓器的主級繞組,所述開關用於接收控制信號以開啟或關閉主級繞組中的電流;一回授電路,提供與切換式電源的輸出相關的回授信號,該回授信號在開關關閉時表現為振鈴波形,所述振鈴波形具有第一振盪頻率;以及一脈衝頻率調變控制器,回應於所述回授信號提供控制信號給所述開關,所述控制信號在回授信號處於振鈴波形的波谷的時候開啟所述開關。